Установка термической очистки сточных вод в производстве карбамида

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В ПРОИЗВОДСТВЕ КАРБАМИДА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Сиротин Андрей Вячеславович Тарновецкий Анатолий Васильевич Покачайло Иван Тадеушевич Бобров Виктор Васильевич Лакомкин Александр Андреевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Установка термической очистки сточных вод в производстве карбамида, включающая ректификационную колонну, подключенную в верхней зоне к линии ввода загрязненных сточных вод и к линии высокозагрязненной парогазовой смеси, а в нижней зоне к выносному кипятильнику и к насосу, подогреватель в виде рекуперативного теплообменника, подключенный к насосу и гидролизеру, десорбер, подключенный в верхней зоне к гидролизеру и к линии малозагрязненной парогазовой смеси, а в нижней зоне - к выносному кипятильнику и к линии вывода очищенных сточных вод, парциальный конденсатор в виде рекуперативного теплообменника, установленный на линии вывода высокозагрязненной парогазовой смеси, абсорбер, отличающаяся тем, что линия малозагрязненной газопаровой смеси подключена к ректификационной колонне в ее нижней зоне, а парциальный конденсатор соединен с абсорбером. 48802008.12.30 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что линия ввода загрязненных сточных вод подключена последовательно к парциальному конденсатору и от него к ректификационной колонне.(56) 1. Памятка аппаратчику очистки сточных вод в производстве карбамида. - Черкассы Отделение НИИТЭХИМа, 1987. - С. 6, рис. 2. 2. Горловский Д.М., Альтшуллер Л.И., Кучерявый В.И. Технология карбамида. - Л. Химия, 1981. - С. 231, рис. .13. Полезная модель относится к установкам термической обработки промышленных сточных вод и может быть использована в производстве минеральных удобрений, например карбамида, на стадии очистки сточных вод от растворенного аммиака и карбамида перед выдачей сточных вод на стадию биологической очистки. Известна установка термической очистки загрязненных сточных вод в производстве карбамида, включающая ректификационную колонну, подключенную в верхней зоне к линии ввода загрязненных сточных вод и к линии высокозагрязненной парогазовой смеси,а в нижней зоне - к выносному кипятильнику, десорбер, подключенный в верхней зоне к ректификационной колонне и к линии малозагрязненной парогазовой смеси, а в нижней зоне - к выносному кипятильнику и к линии вывода очищенных сточных вод, парциальный конденсатор в виде рекуперативного теплообменника, установленный на линии вывода высокозагрязненной парогазовой смеси 1. Недостатком известного способа является недостаточная степень очистки сточных вод, особенно растворенного карбамида, и повышенное энергопотребление. Недостаточная степень очистки сточных вод от карбамида обусловлена отсутствием аппарата для проведения процесса гидролиза - термического разложения карбамида. Повышенное энергопотребление, особенно в ректификационной колонне, обусловлено тем, что флегма, которая образуется в парциальном конденсаторе из высокозагрязненной газопаровой смеси,возвращается обратно в ректификационную колонну. Возврат флегмы обуславливает необходимость дополнительных затрат тепла (греющего пара, подаваемого в кипятильник ректификационной колонны) для испарения этой флегмы. Повышенное энергопотребление также имеет место в процессе образования флегмы, т.е. при частичной конденсации загрязненной газопаровой смеси, т.к. тепло частичной конденсации газопаровой смеси отводят из системы внешним теплоносителем - оборотной водой, которое полезно не используется, а рассеивается в окружающую среду. За прототип полезной модели выбрана установка термической очистки загрязненных сточных вод в производстве карбамида, включающая ректификационную колонну, подключенную в верхней зоне к линии ввода загрязненных сточных вод и к линии высокозагрязненной парогазовой смеси, а в нижней зоне - к выносному кипятильнику и к насосу,подогреватель в виде рекуперативного теплообменника, подключенный к насосу и гидролизеру, десорбер, подключенный в верхней зоне к гидролизеру и к линии малозагрязненной парогазовой смеси, а в нижней зоне - к выносному кипятильнику и к линии вывода очищенных сточных вод, парциальный конденсатор в виде рекуперативного теплообменника,установленный на линии вывода высокозагрязненной парогазовой смеси, абсорбер 2. Недостатком прототипа является низкая экономичность процесса термической очистки сточных вод, обусловленная повышенным энергопотреблением. Обусловлено это тем, что имеется значительный вынос тепла из установки с парогазовой смесью, выходящей из ректификационной колонны и из десорбера, которое полезно не используется, а отводится оборотной водой и рассеивается в окружающую среду. При этом процесс частичной 2 48802008.12.30 конденсации газопаровой смеси проводится в парциальном конденсаторе с образованием флегмы, которая возвращается обратно в ректификационную колонну. Возврат флегмы обуславливает необходимость дополнительных затрат тепла (греющего пара, подаваемого в кипятильник ректификационной колонны) для испарения этой флегмы. При этом тепло частичной конденсации газопаровой смеси отводят из системы внешним теплоносителем оборотной водой, которое полезно не используется, а рассеивается в окружающую среду,что также обуславливает повышение энергетических затрат в установке. Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение экономичности установки термической очистки сточных вод в производстве карбамида за счет снижения энергопотребления. Эта задача решается в установке термической очистки загрязненных сточных вод в производстве карбамида, включающей ректификационную колонну, подключенную в верхней зоне к линии ввода загрязненных сточных вод и к линии высокозагрязненной парогазовой смеси, а в нижней зоне - к выносному кипятильнику и к насосу, подогреватель в виде рекуперативного теплообменника, подключенный к насосу и гидролизеру, десорбер,подключенный в верхней зоне к гидролизеру и к линии малозагрязненной парогазовой смеси, а в нижней зоне - к выносному кипятильнику и к линии вывода очищенных сточных вод, парциальный конденсатор в виде рекуперативного теплообменника, установленный на линии вывода высокозагрязненной парогазовой смеси, абсорбер, в которой, согласно полезной модели, линия малозагрязненной газопаровой смеси подключена к ректификационной колонне в ее нижней зоне, а парциальный конденсатор соединен с абсорбером. Линия ввода загрязненных сточных вод подключена последовательно к парциальному конденсатору и от него к ректификационной колонне. Существенность влияния отличительных признаков полезной модели на решение поставленной задачи состоит в следующем. Линия малозагрязненной газопаровой смеси подключена к ректификационной колонне в ее нижней зоне. Такое решение обеспечивает полезное использование тепла потока малозагрязненной газопаровой смеси внутри системы очистки сточных вод, т.е. тепло с этим технологическим потоком из установки не выносится, а используется в ректификационной колонне для выделения (десорбции) аммиака из сточных вод. Это приводит к снижению подачи греющего пара в кипятильники циркулирующего раствора, особенно в кипятильник ректификационной колонны. Парциальный конденсатор соединен с абсорбером. Такое решение исключает возврат флегмы в ректификационную колонну, т.к. она поступает в абсорбер с потоком высокозагрязненной газопаровой смеси. Это снижает энергопотребление на величину тепла, затрачиваемого в прототипе на испарение этой флегмы. Линия ввода загрязненных сточных вод подключена последовательно к парциальному конденсатору и от него к ректификационной колонне. Такое решение обеспечивает в парциальном конденсаторе полезное использование тепла образования флегмы для нагрева входного потока сточных вод. Это снижает потребление греющего пара в кипятильнике ректификационной колонны. Сущность полезной модели поясняется чертежом установки термической очистки сточных вод в производстве карбамида, схема. Установка термической очистки сточных вод в производстве карбамида включает ректификационную колонну 1, выполненную в виде колонны с массообменной насадкой, например, кольца Паля. К верхней зоне ректификационной колонны 1 подключены линия ввода загрязненных сточных вод 2 и линия высокозагрязненной парогазовой смеси 3. На линиях 2 и 3 установлен парциальный конденсатор 4, выполненный в виде рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника. При этом сточные воды подведены в трубное пространство, а высокозагрязненная парогазовая смесь подведена в межтрубное пространство парциального конденсатора 4, соединенного с абсорбером 5. К нижней зоне 3 48802008.12.30 ректификационной колонны 1 посредством циркуляционной линии 6 подключен выносной кипятильник 7 рекуперативного кожухотрубчатого типа, подключенный также по межтрубному пространству к линии греющего пара 8 с давлением 12 ати. В нижней зоне ректификационной колонны 1 под насадкой подключена линия малозагрязненной газопаровой смеси 9. Также к нижней зоне ректификационной колонны 1 подключена линия 10,соединенная с насосом 11. К насосу 11 посредством линии 12 подключен подогреватель 13 кожухотрубчатого типа, подключенный по межтрубному пространству к линии греющего пара 14 давлением 27 ати. Подогреватель 13 посредством линии 15 подключен к гидролизеру 16, выполненному в виде полой колонны, который посредством линии 17 подключен к десорберу 18 в его верхней зоне, к которой также подключена линия малозагрязненной парогазовой смеси 9. Десорбер 18 может быть выполнен в виде колонны с насадкой или с тарелками, например колпачковыми тарелками. В нижней зоне десорбера 18 посредством циркуляционной линии 19 подключен выносной кипятильник 20 рекуперативного кожухотрубчатого типа, подключенный по межтрубному пространству к линии греющего пара 21 давлением 12 ати. Также к нижней зоне термического десорбера 18 подключена линия вывода очищенных сточных вод 22. Установка термической очистки сточных вод в производстве карбамида работает следующим образом. Сточные воды, загрязненные в основном растворенным аммиаком (до 50 г/л) и карбамидом (до 5 г/л), поступают с температурой около 40 С в установку по линии 2, проходят через парциальный конденсатор 4, где нагреваются до 90100 С теплом отходящей высокозагрязненной парогазовой смеси, поступающей по линии 3. Подогретые сточные воды затем поступают в ректификационную колонну 1 в ее верхнюю часть над насадкой. Стекая по насадке внутри ректификационной колонны 1, происходит непосредственный контакт сточных вод с поднимающейся загрязненной газопаровой смесью, состоящей из водяного пара с примесями аммиака и диоксида углерода. Так как парциальное давление аммиака, растворенного в сточных водах, выше парциального давления аммиака в парогазовой смеси, то происходит процесс десорбции - переход аммиака из сточных вод в парогазовую смесь до установления фазового термодинамического равновесия системы газ-жидкость, что обеспечивает частичную очистку сточных вод аммиака. После прохождения насадки образуется высокозагрязненная газопаровая смесь, которая выходит из верхней зоны ректификационной колонны 1 по линии 3 и поступает в парциальный конденсатор 4, где частично конденсируется, нагревая при этом входные сточные воды, затем поступает по линии 3 в абсорбер 5 на переработку. Из нижней части ректификационной колонны 1 сточные воды по циркуляционной линии 6 поступают в кипятильник 7, обогреваемый паром, поступающим по линии 8, и в виде парожидкостной смеси поступают обратно в нижнюю зону десорбера 1, где происходит сепарация пара от жидкости. Пар смешивается с малозагрязненной парогазовой смесью, поступающей по линии 9, и поднимается вверх ректификационной колонны 1. Жидкая фаза выводится из ректификационной колонны 1 по линии 10 и поступает в насос 11, и из него под повышенным давлением подается по линии 12 в подогреватель 13. За счет тепла греющего пара, поступающего в подогреватель 13 по линии 14, происходит нагрев сточных вод до температуры, обеспечивающей протекание процесса гидролиза (разложение карбамида на исходные компоненты - аммиак и диоксид углерода), и после этого сточные воды поступают по линии 15 в гидролизер 16, в котором происходит в течение одного часа процесс разложения карбамида на аммиак и диоксид углерода. Из гидролизера 16 сточные воды,обогащенные продуктами разложения карбамида, поступают по линии 17 в десорбер 18 в его верхнюю зону, где происходит дросселирование сточных вод и сепарация паровой и жидкой фаз. Паровая фаза смешивается с поднимающейся парогазовой смесью с образованием малозагрязненной парогазовой смеси и по линии 9 направляется в ректификационную колонну 1, где осуществляется процесс выделения аммиака из сточных вод. Жидкая фаза растекается по насадке десорбера 18 и по ее высоте контактирует с поднимающимся 4 48802008.12.30 потоком пара. В результате происходит окончательная очистка сточных вод от примесей. Из нижней части десорбера 18 сточные воды по циркуляционной линии 19 поступают в кипятильник 20, обогреваемый паром, поступающим по линии 21, и в виде парожидкостной смеси поступают обратно в нижнюю зону десорбера 18, где происходит сепарация пара от жидкости. Пар поднимается вверх десорбера 18, осуществляя процесс десорбции. Очищенные сточные воды с содержанием аммиака до 30 мг/л и карбамида до 50 мг/л выводятся из десорбера 18 по линии 22 и поступают на последующую технологическую стадию, например, стадию биологической очистки сточных вод. Использование парогазовой смеси из десорбера в ректификационной колонне, а также полезное использование тепла парогазовой смеси в парциальном конденсаторе снижает энергопотребление установки очистки сточных вод на 47-54 по сравнению с прототипом. При этом одновременно улучшаются показатели качества отходящих сточных вод за счет снижения содержания примесей более чем 2,4 раза, и обеспечивается требуемая эксплуатационная надежность оборудования как в установке термической очистки сточных вод, так и на взаимосвязанных с ней технологических стадиях. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5